Universidade de So Paulo Centro de Energia Nuclear na Agricultura

Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz

Balano de gua e de nitrognio em uma microbacia coberta por pastagem no litoral norte do Estado de So Paulo

Luiz Felippe Salemi

Dissertao apresentada para obteno do ttulo de Mestre em Ecologia Aplicada

Piracicaba 2009

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Luiz Felippe Salemi Bacharel em Gesto Ambiental

Balano de gua e de nitrognio em uma microbacia coberta por pastagem no litoral norte do Estado de So Paulo

Orientador: Prof. Dr. LUIZ ANTONIO MARTINELLI

Dissertao apresentada para obteno do ttulo de Mestre em Ecologia Aplicada

Piracicaba 2009

Dados Internacionais de Catalogao na Publicao

DIVISO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAO - ESALQ/USP

Salemi, Luiz Felippe Balano de gua e de nitrognio em uma microbacia coberta por pastagem no litoral

norte do Estado de So Paulo / Luiz Felippe Salemi. - - Piracicaba, 2009. 86 p. : il.

Dissertao (Mestrado) - - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, 2009. Bibliografia.

1. Bacia hidrogrfica 2. Balano hdrico 3. Mata Atlntica 4. Nitrognio 5. Pastagens 6. Uso do solo I. Ttulo

CDD 551.483 S163b

Permitida a cpia total ou parcial deste documento, desde que citada a fonte O autor

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DEDICATRIA

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AGRADECIMENTOS

Torna-se uma tarefa rdua imprimir em palavras tamanho agradecimento e considerao

que tenho por tantas pessoas que contriburam para que eu pudesse executar e concluir esse

trabalho. No entanto, tentando no me esquecer de ningum, segue aqui uma tentativa. Mas, antes

tudo, muito obrigado a todos!!!

Ao professor Dr. Luiz Antonio Martinelli (Zebu), pela amizade, pelas risadas, pelo

aprendizado e por essa e inmeras oportunidades proporcionadas que tive o prazer de desfrutar,

mas, acima de tudo, por acreditar e confiar em mim.

Ao professor Dr. Jorge Marcos de Moraes (Gejor), pela amizade, pelas risadas, pela

oportunidade, pelas elucubraes acadmicas, pelo aprendizado, pelos cartuchos de impressora e

por acreditar e confiar em mim.

Aos professores Dr. Reynaldo Luis Victoria, Dr. Walter de Paula Lima e Dra. Maria

Victoria Ballester pela amizade, por me intrigarem com os fascnios da cincia ecologia e

hidrologia de microbacias por meio de suas prazerosas aulas que culminaram na minha

inquietude com relao cincia.

Ao grande amigo MSc. Juliano Daniel Groppo (Joba) por toda a convivncia prazerosa

que tivemos em Ubatuba, Piracicaba e em vrios outros lugares. Por todas as inmeras risadas,

pelo aprendizado, pela companhia, pela pacincia, pela compreenso, e por acreditar em mim.

s amigas Dra. Gabriela Bielefeld Nardoto e Dra. Simone Vieira, pela amizade, pelas

risadas, por todas as salutares discusses acadmicas e por acreditarem em mim.

Dra. Sandra Furlan Nogueira (San) por toda a companhia, carinho, amizade,

estmulo, aprendizado acadmico e pessoal, apoio tcnico com seu imprescindvel computador

velhinho de guerra que muito contribuiu para a execuo deste trabalho, e por acreditar em mim.

Ao Rodrigo Trevisan (Rodrigo), pela amizade, pelas risadas, pela companhia, pelas

discusses acadmicas, por todo o apoio tcnico enquanto eu e Joba morvamos em Ubatuba e

por acreditar no Salemo.

Graziele Bueno (Gr) e ao Gustavo Bicci Seghesi (Gu), pela amizade, pelas

risadas, pela companhia, por todo o esforo de realizar as determinaes analticas que tornaram

o presente trabalho possvel e por acreditarem em mim.

5

Ao professor Dr. Boaventura Freire dos Reis e a Sheila Wenzel (professora) ambos do

laboratrio de Qumica Analtica do CENA/USP pela amizade e por concederem a ajuda para

realizar as determinaes analticas do presente trabalho.

Ao Jadson Dezincourt Dias, pela amizade, pelas risadas, pela companhia e por ser no

mnimo, usando o neologismo que ele mesmo utiliza uma pessoa epocltica.

A todos os membros atuais e no atuais do Laboratrio de Ecologia Isotpica do

CENA/USP, so eles: Simoni Grilo, Fabiana Fracassi, Carolina Barisson, Leonardo Martinelli,

Erclito Sousa Neto, Jean Pierre Ometto, Plnio Camargo, Marcelo Moreira, Mara Bezerra,

Janana do Carmo, Vnia Neu, Marcos Scarnelo, Jos Mauro Moura, Adelaine Michela, Luciana

Coleta, Dona Ruth, Tatiana Morgan, Fernando Godoy, Alexandre Pereira, Uwe Herpin

(Monsieur), Susian Martins, Thiago (Pexe), Seu Sebastio (Bastio); Luis Felipe, Edmar

Mazzi, Maria Antnia (Tonica), Geraldo Arruda (Gera), Nei Leite, Giovana, Elizabethe

Ravagnani, Carlos Beduschi (Carlo), Bruno Pereira, Eduardo (Duzo) e Sandra Navarro.

Agradeo muito a convivncia pessoal e acadmica, a amizade, e as muitas risadas que pude dar

ao lado de vocs.

A toda a primeira turma de bacharis em Gesto Ambiental formados na ESALQ/USP por

tornarem a minha graduao muito mais do que uma simples faculdade, por todo o acolhimento

em Piracicaba, por crerem que possvel um mundo melhor e por acreditarem em mim.

Aos vrios amigos adquiridos em Ubatuba (Carlinhos, Lucas, Josi, Rosinha e Gabi) que

tornaram o meu trabalho e do Joba na referida cidade, muito mais agradvel e proveitoso.

minha querida e amada famlia (Nando, Gugu, Mame, Papai e Vov) que sempre me

apoiou e, tenho certeza, sempre me apoiar na minha vida pessoal e cientfica, por todo o amor,

pacincia, carinho e compreenso.

minha querida quase me Ana Maria Herling Krgner e seu marido Tasso Leo Krgner,

por me tratarem e aconchegarem to bem durante e depois de minha adaptao em Piracicaba,

pelo afeto, pela amizade, pela pacincia e compreenso.

A todo o pessoal do Parque Estadual da Serra do Mar (Joo Paulo Vilani, Wagner,

Douglas, Alessandra, Fernanda, Flamnio, Dona Francisca, Paulo, Carlinhos, Wanderley,

Valdomiro, Vicente, Antonio, Alex, Klriton, Augustinho) por todo apoio a pesquisa, pela

amizade e por lutarem para proteger um local com uma floresta tropical to maravilhosa. Vale

6

colocar aqui um agradecimento especial ao Sr. Augustinho e a Dona Maria Teixeira por

permitirem que o estudo fosse conduzido em seu stio.

A todos os amigos do Clube Atltico Monte Lbano pela amizade e pelas risadas.

Lourdes e a Eliete da seo de convnios do CENA/USP pela amizade e por ajudarem a

administrar financeiramente o projeto no qual a pesquisa deste documento est inserida.

Ao Fundo de Amparo Pesquisa do Estado de So Paulo (processo 06/54292-9) que com

seu financiamento tornou possvel a execuo deste trabalho.

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SUMRIO

RESUMO............................................................................................................................... 9

ABSTRACT........................................................................................................................... 10

1 INTRODUO.................................................................................................................. 11

1.1 Objetivo........................................................................................................................... 13

1.2 Hipteses.......................................................................................................................... 13

2 DESENVOLVIMENTO..................................................................................................... 14

2.1 REVISO BIBLIOGRFICA........................................................................................ 14

2.1.1 Conceito de bacia hidrogrfica..................................................................................... 14

2.1.2 Conceito de microbacia hidrogrfica............................................................................ 15

2.1.3 Vias hidrolgicas que compoem o deflvio................................................................. 16

2.1.4 Relao entre uso e manejo do solo e as vias hidrolgicas.......................................... 19

2.1.5 Alteraes no balano hdrico com as mudanas de uso da terra................................. 20

2.1.6 A biogeoqumica das bacias hidrogrficas................................................................... 22

2.1.7 Nitrognio em bacias hidrogrficas.............................................................................. 23

2.2 MATERIAL E MTODOS............................................................................................ 26

2.2.1 Localizao da rea....................................................................................................... 26

2.2.2 Caracterizao fsica da microbacia............................................................................. 27

2.2.3 Delineamento experimental.......................................................................................... 27

2.2.4 Densidade do solo e condutividade hidrulica do solo em condio de saturao....... 30

2.2.5 Potencial matricial da gua no solo.............................................................................. 31

2.2.6 Coleta de gua: do solo, do riacho, do lenol fretico, da chuva e do esc. superficial. 31

2.2.6.1 Amostragem da soluo do solo................................................................................ 31

2.2.6.2 Amostragem de gua do rio....................................................................................... 32

2.2.6.3 Amostragem de gua do aqfero fretico................................................................. 33

2.2.6.4 Amostragem de gua do escoamento superficial....................................................... 33

2.2.7 Chuva: anlise de freqncia de intensidade e amostragem de gua........................... 34

2.2.8 Anlise qumica do contedo de nitrognio................................................................. 35

8

2.2.9 Anlises estatsticas...................................................................................................... 36

2.3 RESULTADOS............................................................................................................... 37

2.3.1 Hidrologia..................................................................................................................... 37

2.3.2 Nitrognio..................................................................................................................... 47

2.4 DISCUSSO................................................................................................................... 54

2.4.1 Hidrologia..................................................................................................................... 54

2.4.2 Nitrognio..................................................................................................................... 61

3 CONCLUSES.................................................................................................................. 73

REFERNCIAS.................................................................................................................... 74

9

RESUMO

Balano de gua e de nitrognio em uma microbacia coberta por pastagem no litoral norte do Estado de So Paulo

A Mata Atlntica o bioma mais ameaado do Brasil. Sua degradao substancial ocorreu

desde a chegada dos europeus ao pas por meio da mudana de uso solo e pela explorao da floresta. No entanto, pouco se sabe a respeito das conseqncias hidrolgicas e biogeoqumicas da mudana de uso do solo nos domnios do referido ecossistema. Neste contexto, as microbacias hidrogrficas tm sido objeto de muitos estudos devido sua alta sensibilidade aos processos hidrolgicos e biogeoqumicos ocorrentes dentro delas. No presente estudo, calculou-se o balano hdrico anual de uma microbacia coberta por pastagem na regio do litoral norte do Estado de So Paulo. Essa bacia originalmente era coberta por floresta ombrfila densa. Em adio, amostrou-se gua do escoamento do riacho, escoamento superficial, soluo do solo (30, 50 e 90 cm de profundidade), gua subterrnea, e precipitao de 05/12/2007 04/12/2008 para a anlise de nitrognio inorgnico. O contedo de nitrognio (N-NH4

+ e N-NO3-) foi determinado por

anlise por injeo em fluxo (FIA). Com o intuito de elucidar os processos hidrolgicos que geram escoamento direto, mediu-se a condutividade hidrulica do solo em condio de saturao a 15, 30, 50 e 90 cm com um permemetro de carga constante. Como resultados, foi obtido que o sistema hidrogrfico possui evapotranspirao, calculada para o perodo de estudo, de 697 mm (precipitao anual e deflvio anual, respectivamente, de 1433 mm e 736 mm); por meio da curva de durao de fluxo, o escoamento de base foi inferida como a via hidrolgica com maior contribuio ao deflvio anual. O escoamento superficial pouco expressivo devido ao fato que 77% dos eventos de chuva se enquadram na classe de intensidade de 0-5 mm h-1 que est abaixo da condutividade hidrulica do solo em condio de saturao a 15 cm de profundidade (22 mm h-1). O baixo coeficiente de escoamento superficial (0,01) obtido em parcelas corrobora essa assertiva. Ademais, como predominam chuvas de baixa intensidade, apesar de haver degradao fsica do solo, no espera-se diferenas expressivas na produo de escoamento direto. A maioria das amostras tiveram suas concentraes abaixo do limite de deteco (0,71 M e 0,35 M para N-NH4

+ e N-NO3- respectivamente). Na maioria dos compartimentos e processos hidrolgicos o

amnio predominou em relao ao nitrato. Para a soluo do solo, percebe-se que h pulsos de nitrognio inorgnico quando o solo se torna menos mido. Nota-se pelo balano de nitrognio inorgnico associado gua que a microbacia possui um ganho lquido (0,95 kg N ha-1 ano-1) de nitrognio j que o influxo foi equivalente a 1,10 kg N ha-1 ano-1 e o efluxo foi de 0,15 kg N ha-1 ano-1. Em relao aos estudos semelhantes conduzidos em florestas e pastagens, percebe-se que a pastagem muito mais pobre que as florestas e ainda mais pobre do que muitas pastagens no tocante ao nitrognio inorgnico o que provavelmente decorre do mtodo de a mudana de uso do solo, da ausncia de fertilizao, da alta taxa de lotao e da idade da mesma. Palavras-chave: Mata Atlntica; Mudana de uso do solo; Pastagem; Microbacia; gua;

Nitrognio

10

ABSTRACT

Nitrogen and water budget of a small catchment covered by pasture in the north coast of

Sao Paulo State, Brazil

The Atlantic forest is the most endangered biome of Brazil. Its significant destruction has taken place since the arrival of Europeans settlers in the country. These Europeans destructed most part of it by changing land use and also due to forest exploitation. In this way, very little information is known about the hydrological and biogeochemical consequences of land use change in the region of this once huge ecosystem. In this context, small catchments have being used to assess these cited consequences of land use change due to their high sensitivity of hydrological and biogeochemical process that occur within them. In the present study, the annual water budget of a small watershed covered by grass (pasture) located in the north coast of the Sao Paulo State, Brazil has been calculated. Additionally, (1) stream water, (2) surface runoff, (3) soil solution (at 30, 50 and 90 cm depth), (4) groundwater and (5) precipitation were sampled weekly and, afterwards, due to analytical reasons, (2) and (3) were sampled biweekly, to determine the concentration of inorganic nitrogen (N-NH4

+ and N-NO3-) by FIA. Moreover, aiming to clarify

the possible hydrological process of stormflow, the soil saturated hydraulic conductivity was measured at various depths (15, 30, 50 and 90 cm). The results obtained are: the evapotranspiration of the watershed vegetation, calculated for the study period, was 697 mm (annual precipitation and annual water yield, respectively, de 1433 mm e 736 mm). By the flow duration curve, the baseflow was inferred as the main hydrological pathway that contributes to the total annual water yield. The surface runoff was not very expressive for the reason that 77% of rain intensity was sited in the class of 0 - 5 mm h-1 that is lower than the median of soil saturated hydraulic conductivity at 15 cm depth (22 mm h-1). The low runoff coefficient (0,01) calculated from the runoff plots assures this result. Although soil physical degradation is present, it is not expected an expressive increment of direct runoff generation for the reason that low intensity rainfall predominates and does not exceed Ksat at 15 cm. Little inorganic nitrogen is found in the hydrological processes and pools. The majority of the samples had their inorganic nitrogen concentration below detection limits (0,71 M e 0,35 M for N-NH4

+ e N-NO3-

respectively). In most pools and hydrological pathways the ammonium predominates against nitrate. For soil solution, it is notable that more inorganic nitrogen was found when the soil gets less wet. The observation of inorganic nitrogen balance dissolved in the water of rain and streamflow exhibits a net gain (0,95 kg N ha-1 year-1) of inorganic nitrogen because the input was 1,10 kg N ha-1 year-1 and the output was 0,15 kg N ha-1 year-1. If the results of nitrogen in the pools are compared to other similar catchment studies with land uses of forest and also pasture in Brazil and elsewhere, it is possible to conclude that the pasture presented here is poorer than forests and even some pastures. This fact may be a consequence of the land use clearing method, the lack of fertilization, the high stocking rates and also due to the pasture age.

Keywords: Atlantic forest; Land use change; Pasture; Small catchment; Water; Nitrogen

11

1 INTRODUO

A Mata Atlntica o bioma mais ameaado do Brasil (SCHAEFFER; PROCHNOW,

2002). Este ecossistema predominantemente composto por fitosionomias florestais como a

Floresta Pluvial Atlntica que se estende por quase toda a costa atlntica brasileira e a Floresta

Estacional Semidecidual que se estende em direo ao interior do Brasil (MORELLATO;

HADDAD, 2000). O primeiro tipo de vegetao tambm chamado de Floresta Ombrfila Densa,

ou seja, a floresta que possui afinidade com chuva. Esta fisionomia, que cobre toda a Serra do Mar

at a plancie costeira, caracterizada por se localizar em regies com alto ndice pluviomtrico.

Assim como a maioria dos biomas florestais tropicais, este sistema ecolgico sofreu

intenso desmatamento (DEAN, 1996). Sua degradao ocorreu desde o descobrimento do pas

(DEAN, 1996; BUENO, 2006) e a supresso da vegetao, que originalmente cobria cerca de

1.300.000 km2, reduziu este sistema natural a uma rea descontnua de aproximadamente 98.800

km2, isto , 7,6% da sua extenso original (MORELLATO; HADDAD, 2000). Estas florestas

foram cortadas para obteno de madeira, lenha, carvo vegetal, assim como para ceder espao

para a agricultura, a criao de gado e a construo de centros urbanos (MORELLATO;

HADDAD, 2000). Nesse sentido, a paisagem que era dominada por florestas passou a conter um

mosaico de ecossistemas, entremeando sistemas naturais e antrpicos.

Apesar desse bioma se situar em locais relativamente prximos dos grandes centros

urbanos do Brasil, o que facilita o seu acesso para realizao de pesquisas cientficas, pouco se

sabe a respeito do funcionamento hidrolgico e biogeoqumico dos ecossistemas inseridos no

mesmo. Nessa direo, as microbacias hidrogrficas podem ser a escala de ecossistema ideal para

investigar o referido funcionamento devido a sua alta sensibilidade aos processos hidrolgicos e

biogeoqumicos que ocorrem dentro das mesmas. Na regio supramencionada, as poucas

publicaes que existem usando a microbacia como unidade de estudo se limitam regio de

Cunha SP devido existncia de infra-estrutura e equipamentos para tanto (e.g. FUJIEDA et al.,

1997).

Evidenciando a sensibilidade dessas pequenas bacias ao processos que ocorrem dentro

delas, Brown et al. (2005), em uma ampla reviso sobre o assunto, mostram que, de uma maneira

geral, as microbacias florestadas exibem menor deflvio anual do que aquelas com cobertura

herbcea. Dessa forma, pode-se notar que com as mudanas de uso do solo, h mudanas

notveis na produo de gua das microbacias.

12

As atividades antrpicas que modificam o uso da terra podem alterar tambm as vias

hidrolgicas (escoamento superficial, escoamento sub-superficial e escoamento de base) que so

responsveis pela resposta hidrolgica da bacia hidrogrfica (TUCCI; CLARKE, 1997;

ZIMMERMANN et al., 2006; LIMA, 2006). Segundo Dunne (1978), essa resposta controlada

predominantemente pelo regime pluviomtrico, topografia, vegetao e propriedades hidrulicas

do solo e encontra-se intimamente ligada ao balano e ao transporte de nutrientes. Assim, bacias

de drenagem com intensa mudana de uso do solo (cobertura natural para alguma cultura, por

exemplo) mostram diferenas notveis na gua no que se refere sua composio de carga

qumica dissolvida e particulada quando comparadas s bacias semelhantes, porm, com

cobertura natural preservada evidenciando influncias das alteraes de uso do solo sobre a

biogeoqumica e as vias hidrolgicas desses sistemas.

Dessa maneira fica patente que, da mesma forma que as pequenas bacias so importantes

para o ciclo da gua, elas tambm so fundamentais para o entendimento do fluxo de nutrientes

uma vez que o movimento da gua pelos compartimentos das bacias hidrogrficas atua como

agente que transporta espcies qumicas inorgnicas e orgnicas. Estudos clssicos como o de

Likens (1975), por exemplo, comprovam este fato.

No entanto, estudos em microbacias, principalmente em reas de Mata Atlntica, ainda

so escassos. Como este bioma um dos mais ameaados do planeta (hotspot) (ROCHA et al.,

2003), e j sofreu intensa modificao pelo homem, tornam-se extremamente relevantes estudos

que caracterizem o funcionamento dessas bacias florestadas e comparaes realizadas em bacias

semelhantes, porm com cobertura de pastagem que o propsito do presente trabalho. Assim,

pode-se quantificar as conseqncias que a mudana de uso do solo proporcionam no balano de

hdrico e no balano de nitrognio associado gua. Os estudos como o de Fujieda et al. (1997) e

Donato et al. (2007) evidenciam j algum conhecimento de microbacias florestais na Mata

Atlntica no que concerne gua. Nesse sentido, estudos semelhantes dentro do mesmo bioma,

porm com outro tipo de uso do solo podem gerar conhecimentos para entender as conseqncias

da mudana de uso no solo nos ciclos no apenas da gua como j mencionado, mas tambm do

nitrognio que um nutriente regulador da produo primria lqida dos ecossistemas

(VITOUSEK e HOWARTH, 1991) e considerado bastante sensvel s alteraes de uso do solo

(DAVIDSON et al., 2007). A regio do bioma referido carece de estudos como este o que eleva a

13

sua relevncia na compreenso e comparao do funcionamento dos ecossistemas que se situam

dentro da rea de abrangncia desse outrora grande ecossistema.

Este trabalho visou elucidar o funcionamento hidrolgico e a dinmica do nitrognio em

uma microbacia com cobertura de pastagem no litoral norte do Estado de So Paulo.

1.1 OBJETIVO

O objetivo deste trabalho foi determinar o balano hdrico e o balano de nitrognio

associado gua em uma microbacia experimental coberta por pastagem, prxima ao Ncleo

Santa Virgnia, situado no municpio de So Luis do Paraitinga, e pertencente ao Parque Estadual

da Serra do Mar.

1.2 HIPTESES

O presente estudo visou analisar as seguintes hipteses:

- Com a mudana de uso do solo de floresta para pastagem, a gerao de escoamento

direto se torna substancialmente mais expressiva durante eventos pluviais;

- A pastagem presente na bacia hidrogrfica possui ciclo do nitrognio conservativo

conferindo baixas perdas ao sistema.

14

2 DESENVOLVIMENTO

2.1 Reviso Bibliogrfica

2.1.1 Conceito de bacia hidrogrfica

A bacia hidrogrfica pode ser definida, de uma maneira simples, como uma determinada

rea que drenada por um rio, crrego, ribeiro, ou riacho. Todavia, de uma maneira mais

completa e enfocando processos que ocorrem nesses espaos geogrficos, pode-se conceituar a

bacia como aquela rea definida pelo relevo na qual toda a gua precipitada e que no

evapotranspirada tem o destino de passar, obrigatoriamente, em uma seo ou ponto de sada que

a foz do rio com o mar, ou mesmo, o encontro de um pequeno rio com outro (confluncia ou

juno). Nesse sentido, levando em considerao a geomorfologia, o limite superior de uma bacia

hidrogrfica o divisor de guas (tambm chamado de divisor topogrfico ou espigo), e a

delimitao inferior a sada da bacia (LIMA, 2001). De forma convergente, a bacia de

drenagem pode ser conceituada como a rea que drenada por um curso dgua ou um sistema de

cursos dgua conectados, de tal forma que, atravs do escoamento ao longo de uma superfcie

ligeiramente inclinada, toda a vazo efluente dirigida, convergentemente, para uma sada

simples (MORTATTI; PROBST, 1998).

Este conceito contempla desde grandes reas como, por exemplo, a bacia do rio Amazonas ou

Nilo, at diminutas reas como nascentes que originam pequenos ribeires. Dessa maneira, para

definir qual a bacia hidrogrfica est se tratando, necessrio, antes de tudo, definir qual o corpo

dgua em questo.

O sistema bacia hidrogrfica composto das seguintes partes segundo Coimbra e Tibrcio

(1995): (1) interflvio ou divisor de gua ou linha de crista, (2) vertentes que so as laterais dos

vales fluviais, desde a margem at o interflvio, (3) margens ou vrzeas, que so as partes laterais

que demarcam o leito fluvial, (4) o rio e (5) o vale que se estende de um interflvio a outro,

abrangendo o rio, suas margens, e as vertentes. As vertentes geram sedimentos por fenmenos de

eroso e estes so transportados com a gua pela rede de drenagem, junto com a carga muitas

vezes significativa de sedimentos produzidas nos prprios leitos dos rios (SILVEIRA, 1993).

15

2.1.2 Conceito de microbacia hidrogrfica

De uma maneira geral, o termo microbacia empregado para designar vrios tipos de

bacias hidrogrficas. Contudo, do ponto de vista cientfico da hidrologia de florestas e da

biogeoqumica, o termo referido utilizado para definir pequenas bacias hidrogrficas que podem

ser desde primeira ordem at a terceira (RESCK; SILVA, 1998; VALENTE; GOMES, 2005;

CALIJURI; BUBEL, 2006).

A razo pela qual a microbacia definida como pequenas bacias hidrogrficas , de

acordo com Lima e Zakia (2000), devido fato de sua rea ser to pequena que a sensibilidade a

chuvas de alta intensidade e s diferenas de uso do solo no suprimida pelas caractersticas da

rede de drenagem. Assim, o critrio utilizado para tal conceito o comportamento hidrolgico

(VALENTE; GOMES, 2005). Portanto, a altssima sensibilidade hidrolgica aos vrios tipos de

alteraes de uso do solo torna a microbacia a escala de estudo adequada para avaliar o

comportamento da gua e dos nutrientes que ela transporta atravs das vrias vias hidrolgicas

que compe o deflvio de um determinado sistema fluvial.

De maneira complementar, Botelho (1999) expem que a noo do que uma microbacia

deve levar em considerao a bacia hidrogrfica de ordem zero que correspondem aos canais

efmeros ou cabeceiras de drenagem, isto , canais que funcionam apenas durante os eventos

chuvosos de mdia a alta intensidade.

Como exposto, os estudos de ciclos e balanos biogeoqumicos de nutrientes podem ser

feitos de maneira acoplada com os estudos de balano hdrico nessa escala de estudo (ODUM,

1988; JENKINS; PETERS e RODHE, 1994; BONILLA, 2005). Likens et al. (1977) defenderam

a utilizao de microbacias como ecossistemas para estudar a ciclagem de nutrientes,

comportamento hidrolgico, intemperismo das rochas e outros processos naturais. De forma

complementar, Moldan e Cerny (1994) observam que as microbacias so as menores unidades da

paisagem, porm, so suficientemente grandes para contemplar em seus domnios todos os

componentes que afetam a hidrologia e a biogeoqumica como: atmosfera, vegetao, rochas,

solos, e um riacho, de maneira a ser uma rea apropriada para estudos no apenas hidrolgicos,

mas tambm para trabalhos que visem compreender a deposio atmosfrica, a geologia, o

intemperismo, os processos erosivos, os solos, a ecologia, o manejo florestal, os balanos de

elementos entre outros. Em adio, embora cada microbacia tenha suas peculiaridades, o que as

tornam diferentes, usar tamanha heterogeneidade desses sistemas naturais como objeto de estudo

16

e tentar extrapolar seus resultados para escalas maiores se torna um desafio difcil, mas desejvel

para entender o funcionamento dos ecossistemas (LIKENS, 1998).

Alm destas aplicaes do ponto de vista cientfico, a gerao de estudos em microbacias

uma maneira eficiente de gerar tecnologia regionalizada, difundir prticas de manejo do solo e

culturas, conservar os recursos naturais e contribuir para o desenvolvimento municipal e regional

(SILVA et al., 2003). Assim, estas unidades geomorfolgicas da paisagem so adequadas para

elucidar as relaes entre componentes fsicos e biolgicos dos pequenos sistemas fluviais,

garantindo assim, a sustentabilidade dos recursos hdricos (CALIJURI; BUBEL, 2006).

2.1.3 Vias hidrolgicas que compe o deflvio

Durante os eventos de precipitao, a gua da chuva entra em contato com o solo que, por

sua vez, atuar determinando qual ser o caminho que esta tomar at alcanar o riacho

(DUNNE, 1978). Geralmente, estes caminhos se subdividem em trs componentes, que em

maior ou menor intensidade, so os responsveis pela vazo do riacho. So eles: (1) escoamento

superficial, (2) escoamento sub-superficial e (3) escoamento de base. Esses componentes so

chamados de caminhos da gua, vias hidrolgicas ou processos hidrolgicos prximos da

superfcie e so geradas pela interao gua-solo.

O escoamento superficial tambm pode ser denominado enxurrada, escorrimento

superficial, deflvio superficial ou escoamento rpido. Este componente do deflvio do riacho

responsvel pela forte elevao das vazes em curto espao de tempo (SILVEIRA, 1993).

Ademais, este componente a principal responsvel pela eroso hdrica carreando sedimentos

para os canais fluviais. Para que esse escoamento ocorra, necessrio que a intensidade da chuva

exceda a taxa de infiltrao bsica do solo, gerando assim um excesso de gua que comea a

escorrer sobre a superfcie do solo. Nesta situao, o escoamento superficial denominado

escoamento superficial hortoniano em homenagem a Robert Horton, hidrlogo que props esse

modelo terico de gerao de enxurrada.

Entretanto, h ainda outra situao na qual ocorre a formao de escoamento superficial.

Nas bacias de drenagem, h reas de solo que naturalmente se encontram saturadas ou que

tendem a saturao rapidamente aps o incio do evento de precipitao. Estas reas por se

encontrarem encharcadas atuam tambm como fontes de escoamento superficial. Segundo Zakia

et al. (2006) essas reas so: (a) zonas saturadas que margeiam os cursos dgua e suas

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cabeceiras; (b) concavidades do terreno para as quais convergem as linhas de fluxo (bacias de

ordem zero ou de canais efmeros), e (c) reas de solos rasos, com baixa capacidade de

infiltrao e armazenamento como, por exemplo, os Neossolos Litlicos e alguns tipos de

Cambissolos e Neossolos Regolticos relativamente rasos. Tais reas so denominadas por Lima

e Zakia (2000) e Zakia et al. (2006) como zonas riprias, e o escoamento superficial provindo

delas chamada de escoamento superficial de reas saturadas. Hewlett e Hibbert (1965)

analisando o carter de expanso e contrao que essas reas tm ao longo dos eventos de

precipitao, denominaram-nas como reas variveis de afluncia. Essa rea de contribuio

varivel, pois depende da quantidade de chuva e da umidade do solo antes do evento de

precipitao (CHORLEY, 1978). Agnews et al. (2006) estudando a sensibilidade dessas reas em

relao ao transporte de contaminantes por meio da enxurrada denominaram-nas como reas

hidrologicamente sensveis.

O escoamento sub-superficial, tambm chamado de escoamento hipodrmico

(MORTATTI; PROBST, 1998), ocorre quando h um decrscimo na condutividade hidrulica do

solo em condio de saturao nas camadas sub-superficiais do solo em relao superfcie e, ao

mesmo tempo, as intensidades das chuvas excedem esse referido atributo hidrulico da camada

profunda de tal sorte que comea a acumular gua na sub-superfcie e, alm disso, esta passa a

fluir em direo a declividade do terreno. O decrscimo na condutividade hidrulica saturada em

sub-superfcie, tambm chamada de anisotropia do solo, ocorre geralmente em solos com

horizontes menos permeveis a gua (camadas de impedimento) como os Plintossolos,

Argissolos, Planossolos ou mesmo outros tipos de solos que apresentam compactao sub-

superficial (p de grade ou p de arado) ou com presena de horizontes fragipan e duripan

(SILVA, 1999; SILVEIRA, 2001; ELSENBEER, 2001; MORAES et al., 2006; ZIMMERMANN

et al., 2006; GBUREK; NEEDELMAN; SRINIVASAN, 2006). Atkinson (1978) observa que h

dois tipos de escoamento sub-superficial: o pipeflow e o fluxo matricial. O primeiro

caracterizado por um fluxo lateral concentrado em pipes (macroporos ou dutos que se

assemelham a tneis ou canos, porm de origem natural) e tem um fluxo hidrulico turbulento. A

origem desses grandes poros horizontais atribuda ao da biota (tneis de razes decompostas

ou mesmo de animais fossoriais), a eluviao de material mineral para horizontes mais profundos

do perfil do solo e por expanso e contrao de argilominerais do tipo 2:1. Estes dutos servem de

passagem para a gua podendo gerar e favorecer a instalao de processos erosivos (OLIVEIRA,

18

1999). Por sua vez, o fluxo matricial caracterizado por ter um fluxo disperso laminar bem

distribudo no terreno.

De outra forma, em perodos chuvosos, a infiltrao alta, e as camadas superficiais do

solo tendem saturao. Nestas condies, medida que a frente de molhamento estende-se em

direo s camadas mais profundas do solo, em geral de menor permeabilidade, a direo do

fluxo da gua na camada superficial do solo tende a se desviar na direo da declividade do

terreno, resultando no j referido escoamento sub-superficial ou interfluxo (WHIPKEY;

KIRKBY, 1978; DUNNE, 1978; LIMA, 2001).

Muitas vezes, durante o escoamento sub-superficial pode ocorrer o afloramento da

camada de impedimento fazendo com que o fluxo hipodrmico aflore tornando-se assim

escoamento superficial atravs de fluxo de retorno (DUNNE, 1978; ELSENBEER; VERTESSY,

2000). Estas reas onde ocorre o fluxo de retorno tambm faro parte da rea de contribuio

varivel (WHIPKEY; KIRKBY, 1978). Dunne (1978) ainda expe outra modalidade de

escoamento superficial. Nela, durante eventos de chuva, a rpida ascenso do lenol fretico, sem

que haja afloramento de gua, em reas prximas ao canal fluvial, geram um aumento da vazo

devido ao processo de recarga do aqfero fretico que ocorre de modo mais rpido nos solos

com zona no saturada mais delgada. Geralmente estes solos se situam em locais prximos ao

riacho.

Por fim, mas no menos importante, a ltima via hidrolgica que compe o deflvio de

uma microbacia o escoamento ou fluxo de base, isto , a parte do escoamento cuja origem

provm do aqfero fretico, tambm chamado de aqfero no confinado ou livre. Essa

contribuio de extrema importncia, pois, ela que alimenta o ribeiro durante os perodos de

seca. Assim, no perodo sem chuvas, a contribuio desta componente se torna significativa

tornando-se menos importante, do ponto de vista da quantificao das componentes da vazo,

medida que se inicia a estao chuvosa.

Assim, em sntese, essas so as vias hidrolgicas que compem o deflvio. O escoamento

superficial juntamente do escoamento sub-superficial e a precipitao direta no canal fluvial so

as vias responsveis pela resposta hidrolgica do riacho durante um evento pluvial (CHORLEY,

1978; LIMA, 2001). Fica patente que os eventos de precipitao ativam as vias hidrolgicas que,

por sua vez, produzem a hidrgrafa do escoamento direto no riacho (ELSENBEER, 2001).

19

2.1.4 Relaes entre o uso e manejo do solo e as vias hidrolgicas

Existe uma inter-relao delicada entre o uso da terra, o solo e a gua (LIMA, 2001). As

mudanas do uso da terra podem proporcionar alteraes nos atributos fsicos do solo, que por

sua vez, alteram os processos hidrolgicos que ocorrem no mesmo. Nesse sentido, a compactao

superficial do solo ocasiona a formao de escoamento superficial Hortoniano em detrimento das

outras vias hidrolgicas e, como colocado por Reichardt e Timm (2004), o atributo densidade do

solo pode servir como um ndice de compactao do mesmo. Cabe ainda observar que, os

processos hidrolgicos no so apenas influenciados pelo uso do solo, mas tambm pelo clima,

geologia, fisiografia, caractersticas dos solos e vegetao (DUNNE, 1978).

Zimmermann et al. (2006) retrataram as conseqncias hidrolgicas da alterao do uso

da terra nos atributos hidrulicos do solo sob diferentes usos na Amaznia. Estes autores

compararam as propriedades hidrolgicas como a infiltrao e a condutividade hidrulica do solo

em condio de saturao (Ksat) em solos sob diferentes usos como: floresta nativa, plantao de

banana, capoeira e plantao de teca. Para a infiltrao, as maiores taxas estiveram na seguinte

forma, em ordem decrescente: floresta, seguido por banana, capoeira, teca, seguido por pastagem.

J a 12,5 cm de profundidade, as maiores condutividades foram tambm em ordem decrescente:

floresta, banana, capoeira, seguido por tea e, por fim, seguida por pastagem. Tais diferenas dos

valores de infiltrao e Ksat so explicadas pelos autores devido aos usos prvios que as reas

tiveram ao longo de sua histria estando o solo, portanto, herdando um efeito produzido destes

usos ocorridos anteriormente. Neste contexto, a modificao da densidade do solo, porosidade

total, macro e microporosidade, as quais influenciam a distribuio dos poros e, por

conseqncia, a permeabilidade do solo afetam os atributos hidrulicos do solo como a

condutividade hidrulica do solo em condio de saturao (MESQUITA; MORAES, 2004).

Aes do homem como desflorestamento, converso de um uso do solo em outro, o uso

de fogo como ferramenta de manejo, deslizamentos e eventos vulcnicos podem ter efeitos

pronunciados nas caractersticas fsicas, qumicas e biolgicas das microbacias que, por sua vez,

afetaro a hidrologia e a biogeoqumica das mesmas (PETERS, 1994).

No que se refere converso de reas com outros usos do solo para plantaes florestais

como de Eucalyptus e Pinus, Lima (2006) observa que as prticas de manejo florestal que

influenciam negativamente os atributos fsicos do solo e, portanto, sua hidrologia, devem ser

reformuladas de forma a perturbar ao mnimo tais qualidades. Assim, o funcionamento

20

hidrolgico da microbacia est intimamente relacionado com o funcionamento hidrolgico dos

solos contidos nela.

Moraes et al. (2006), comparando a hidrologia de dois canais efmeros na Amaznia, um

sob o uso de pastagem e o outro sob floresta, notaram que o primeiro mostrava maiores picos de

vazo do que o segundo, sendo tal diferena atribuda ao fato que na pastagem, 40% do

escoamento direto era devido a escoamento superficial hortoniano. Na floresta, 60% deste era

causado por escoamento superficial de reas saturadas.

imprescindvel mencionar que o volume de gua dos aqferos freticos muito

influenciado pelo uso do solo que favorece ou no o movimento de infiltrao da gua no solo

com posterior percolao profunda e, finalmente, alimentando a gua subterrnea. Dessa maneira,

o uso e manejo do solo devem ser planejados de tal forma a manter altas taxas de infiltrao

(CASTRO; LOPES, 2001; LIMA, 2001; VALENTE; GOMES, 2005). Adicionalmente, a recarga

do aqfero no confinado, em um solo seco (baixa umidade), ocorre apenas aps os poros

capilares do solo serem preenchidos ao longo de todo o perfil do mesmo (HURSH; FLETCHER,

1942) sendo assim muito influenciado pelas diferentes coberturas do solo e suas respectivas taxas

de evapotranspirao.

2.1.5 Alteraes no balano hdrico com a mudana de uso da terra

A forma como o solo usado e manejado tem um efeito bem definido no que se refere

qualidade e a quantidade de gua dos riachos (WHELAN, 1957). No passado, embora tenha

havido muita discusso e controvrsia sobre a relao entre florestas e gua (ANDRASSIAN,

2004), uma srie de trabalhos mostraram que, de maneira geral, as microbacias florestadas

exibem menor deflvio anual do que aquelas com cobertura vegetal de menor porte (HIBBERT,

1965; BOSCH; HEWLETT, 1982; HORNBECK et al., 1993; SAHIN; HALL, 1996; TUCCI;

CLARKE, 1997; BROWN et al., 2005). Dessa forma, fica evidente que com as mudanas de uso

do solo, h tambm mudanas notveis na produo de gua das microbacias.

Neste contexto, vrios efeitos alm dos hidrolgicos vem sendo atribudos s plantaes

comerciais para a produo de madeira, notadamente as de Eucalyptus e Pinus (LIMA, 1996;

JACKSON et al., 2005). Scott (2005), por exemplo, observa que a taxa de crescimento destes

povoamentos florestais o fator que os diferencia das florestas naturais. Para o autor, a alta

produtividade destas florestas plantadas custa gua e esta escolha envolvendo biomassa e gua

21

inseparvel. Alm disso, como afirma Zhang et al. (2001), as florestas consomem mais gua do

que as vegetaes herbceas, mas, de acordo com Calder (1979), essa j no mais a questo a

ser discutida, mas sim o quanto a mais estes ecossistemas com predomnio de vegetao arbrea

consomem de gua em relao s outras coberturas do solo. De forma a tornar o assunto ainda

mais complexo, florestas compostas por espcies distintas tm consumo de gua tambm

distintos (SWANK; DOUGLASS, 1974).

Cavelier e Vargas (2002) relatam que o aumento na produo de gua em bacias

desflorestadas pode ser explicado em funo do efeito que o dossel da floresta tem sobre os

componentes do balano hdrico. A gua que na floresta se perde para a atmosfera por

interceptao, nas pastagens (que possuem menor ndice de rea foliar, menor sistema radicular e

menores perdas por evapotranspirao) passa, praticamente, diretamente ao solo para recarregar a

seus poros e o deflvio. Os mesmos autores ainda concluem que a observao que os regimes

hdricos dos rios vm sendo deteriorados pelo desflorestamento no na realidade um resultado

do desmatamento propriamente dito, mas sim, reflexo de uma mudana nos atributos do solo os

quais afetam, diretamente, a velocidade e a direo do fluxo de gua (vias hidrolgicas). Dessa

maneira, as florestas alm de terem a interceptao pela copa como um importante componente

do consumo de gua tambm podem ter a interceptao pela serapilheira que pode reter gua em

sua camada sobre o solo e permitir que ocorra a evaporao sem que haja adio de umidade

sobre o horizonte mineral do solo subjacente (CHORLEY, 1978).

vlido ainda mencionar que em reas montanhosas um outro processo alm da chuva

pode atuar como elemento importante para o aporte de gua no balano hdrico local. Tal

elemento conhecido como precipitao oculta. De fato, como expem Lima (1996), a presena

de florestas em reas sujeitas formao de neblina, tais como reas montanhosas e ao longo da

costa, pode resultar num processo de captao de gotculas de gua, as quais, acumulando-se na

copa da floresta, podem respingar no solo, contribuindo dessa forma para aumentar a precipitao

sobre a superfcie. Essa entrada adicional de gua pode fazer com que as microbacias situadas

nessas regies disponham de condies para atingir a mximo rendimento hdrico anual

(BRUIJNZEEL, 1986). Ao contrrio, se essas florestas forem cortadas, haver uma reduo do

deflvio anual uma vez que haver tambm menor interao entre dossel florestal e a neblina

(BRUIJNZEEL, 1986).

22

2.1.6 A biogeoqumica das bacias hidrogrficas

Segundo Odum (1988), os elementos qumicos, inclusive todos os elementos essenciais

vida, tendem a circular na biosfera em vias caractersticas, do ambiente fsico (rochas e solos) aos

organismos e destes, novamente, ao ambiente. Estas vias mais ou menos circulares so chamadas

ciclos biogeoqumicos. Ainda segundo o autor, o movimento desses elementos e compostos

inorgnicos que so essenciais para a vida pode ser adequadamente denominado ciclagem de

nutrientes.

A bacia hidrogrfica, do ponto de vista biogeoqumico, pode ser a uma unidade da

paisagem de extremo valor para estudos desta cincia (BORMANN; LIKENS, 1967). Pelo fato

da gua atuar como agente transportador carregando consigo, atravs de diversos caminhos, tanto

compostos dissolvidos como em suspenso em direo ao curso de gua devido ao relevo, o

sistema bacia de drenagem torna-se ideal para medir, por exemplo, a ciclagem de nutrientes, a

eroso mecnica (perda de solo) e a eroso qumica (BORMANN; LIKENS, 1967; MORTATTI;

PROBST, 1998).

Como ficou patente at o momento, os corpos de gua no so sistemas fechados, mas ao

contrrio, pertencem a um contexto maior da paisagem denominado bacia hidrogrfica. De

acordo com Odum (1988), estudos em bacias de drenagem experimentais avanaram

consideravelmente o entendimento dos processos biogeoqumicos bsicos que ocorrem nesses

sistemas geomorfolgicos.

Em condies tropicais, Markewitz et al. (2001) estudando uma bacia na Amaznia

encontraram resultados cujos padres so contrrios queles observados em ecossistemas

temperados. Nesses ltimos, a composio qumica da gua subterrnea e dos riachos

determinada primeiramente pelo intemperismo do material parental. Ainda, estes ecossistemas

geralmente possuem solos relativamente jovens nos quais a dissoluo de minerais primrios

atravs do ataque do cido carbnico a reao de intemperismo predominante que libera clcio,

magnsio e potssio e gera alcalinidade nos corpos dgua. J no contexto da regio tropical em

que h solos antigos, altamente intemperizados e que perderam suas reservas de minerais

primrios a inter-relao gua e solo era pouco compreendida. Markewitz et al. (2001) mostraram

que a concentrao de ctions e a alcalinidade da gua do riacho possuam correlao positiva

com a descarga do rio, sugerindo que os ctions e o bicarbonato so carregados principalmente

dos horizontes superficiais dos solos pela gua da chuva atravs de vrios processos hidrolgicos,

23

ao invs de serem produtos do intemperismo da rocha me que ocorre em profundidade e que

seria carregado pela gua subterrnea sofrendo diluio em perodos midos. Por fim, o aumento

da respirao radicular e dos microrganismos durante a estao mida gera CO2 que favorece a

lixiviao de ctions e bicarbonato resultando em um processo de troca inica mediado

biologicamente, que por sua vez, atua controlando os aportes de ctions e de alcalinidade dos

solos altamente intemperizados para a gua dos riachos.

2.1.7 Nitrognio em microbacias hidrogrficas

O nitrognio um dos nutrientes que mais limita a produtividade primria lquida nos

ecossistemas terrestres e aquticos (SCHLENSINGER, 1997). A ao antrpica atravs da adio

de fertilizantes, produzidos por meio do processo Haber-Bosch, fez com que o aporte deste

elemento nos sistemas naturais dobrasse em termos quantitativos tendo assim muitas

conseqncia para a estrutura e funcionamentos dos sistemas ecolgicos (GALLOWAY, 1998).

Estudos envolvendo o nitrognio em microbacias hidrogrfica no so to abundantes j

que este elemento, por ter espcies qumica no estado gasoso, tem seu ciclo e seu balano em

bacias ocorrendo de uma forma muito mais complexa de estudar se comparado aos demais

nutrientes que tem origem essencialmente geolgica (BORMANN; LIKENS, 1967).

Likens, Bormann e Johnson (1969) descreveram que aps o corte total de um ecossistema

florestal em uma microbacia, a concentrao de nitrato aumentou substancialmente. De acordo

com os autores, houve uma perda cem vezes maior quando comparado com a microbacia controle

(testemunha) e esta mudana expressiva foi atribuda ao aumento significativo do processo de

nitrificao, ou seja, da transformao de amnio em nitrato mediada por microrganismos. Ainda

segundo os mesmos, uma conseqncia importante deste processo foi gerao nitrato e de ons

de hidrognio sendo estes ltimos responsveis pelo decrscimo do pH, e a dissoluo dos

ctions bsicos do solo.

Peterson et al. (2006), estudando 12 riachos distribudos nos vrios biomas dentro dos

Estados Unidos, mostraram que os pequenos riachos fornecem gua e nutrientes para os sistemas

fluviais de maior porte e, embora os primeiros tenham tamanho reduzido, eles desempenham um

papel muito importante nas nos processos do ciclo do nitrognio ao longo dos cursos dgua. Em

riachos de cabeceira a assimilao ocorre principalmente sobre os sedimentos e biofilmes que

cobrem as superfcies submersas do canal. Segundo os autores, o amnio foi removido da gua

24

dos riachos por meio de organismos autotrficos (algas unicelulares, algas filamentosas, e

brifitas) e heterotrficos (bactrias e fungos) e, secundariamente, pelo processo de nitrificao.

No que concerne a este ltimo processo do ciclo do nitrognio, esta variou bastante, sendo alto

em um riacho da regio de floresta tropical (60% do amnio era usado neste processo) e baixo

(3% do amnio era usado neste processo) na regio temperada com floresta decdua. Comparado

ao amnio, o nitrato percorre distncias dez vezes maiores ao longo do riacho. Outro processo

bastante relevante para o nitrognio inorgnico dissolvido foi a regenerao no fundo do canal,

isto , a liberao de amnio e nitrato adsorvido nos sedimentos e presentes na matria orgnica

para a coluna de gua. As pequenas diferenas na variao de nitrato e amnio ao longo dos

canais sugerem que estes espcies qumicas de nitrognio esto em um equilbrio dinmico entre

assimilao e regenerao, ao contrrio do que se estudos anteriores sugeriam, ou seja, que os

riachos so apenas transportadores de elementos.

Udawatta et al. (2006), em um estudo envolvendo gerao de escoamento superficial e o

transporte de nitrognio em microbacias com agricultura (soja e milho) com solos com horizontes

sub-superficiais muito argilosos, mostraram que os grandes eventos pluviais conseguem

transportar mais nitrognio total e nitrato do que os eventos menores. Comparando a importncia

desses grandes eventos no transporte do elemento mencionado, os autores notaram que em todos

os grandes eventos de escoamento superficial (eventos iguais ou maiores que 1000 m3 ha-1)

houveram perdas mdias de 17,6 e 13,1 kg ha-1 respectivamente. Nos menores eventos (eventos

entre 0 - 200 m3 ha-1), as perdas mdias foram 0,88 e 0,63 kg ha-1 respectivamente, uma diferena

significativa. Ainda, os autores mostraram que nos anos onde h a aplicao de fertilizante

nitrogenado h, necessariamente, grandes perdas por meio do escoamento superficial.

Bonilla (2005), em um estudo de microbacias pareadas envolvendo uma bacia com

pastagem e outra com floresta natural na Amaznia, mostrou que no riacho da floresta a espcie

qumica de nitrognio que predominava era o nitrato. Ao contrrio, na pastagem, o amnio

prevalecia devido a menores taxas de nitrificao como conseqncia da invaso do canal por

gramneas, aumentando as taxas respiratrias e favorecendo o processo de desnitrificao. Alm

disso, o nitrognio orgnico dissolvido compreendia 93% do nitrognio total dissolvido na

pastagem. Esse valor foi bem maior do que na floresta e pde ser explicado, pois a pastagem

apresentava menores taxas de mineralizao.

25

Apesar de haver alguns trabalhos na literatura cientfica que relatam o transporte de

nitrognio, ainda necessrio que a cincia hidrologia ajude a entender e a melhorar a

compreenso do transporte deste elemento e seu destino (SCHLESINGER et al., 2006).

Schlesinger et al. (2006) observam que com o aumento dos impactos de origem antrpica nos

ciclos biogeoqumicos, a hidrologia precisar reunir muitos esforos de pesquisa para alcanar o

manejo adequado das guas continentais e, assim, ajudar a humanidade a alcanar um futuro

sustentvel.

26

2.2 Material e Mtodos

2.2.1 Localizao da rea

A microbacia aqui estudada (Figura 1) situa-se no bairro Vargem Grande, municpio de

Natividade da Serra, Estado de So Paulo e que possui 47000 m2 (4,7 ha). As coordenadas e

altitude da bacia so, respectivamente, latitude 232453,9 S, longitude 451504,0 W, altitude

mdia de 810 m. O referido sistema hidrogrfico constitui uma sub-bacia do rio Paraibuna e, de

acordo com os critrios estabelecidos por Strahler (1958), o canal fluvial classificado como de

segunda ordem. O desnvel do canal fluvial ao topo do divisor de guas de aproximadamente 75

metros.

O stio em que a microbacia est inserida localiza-se em rea adjacente ao Parque

Estadual da Serra do Mar, ncleo Santa Virgnia, o que tornou o presente trabalho passvel de ser

comparado ao de Groppo (2008) que est realizando estudo semelhante, porm em uma

microbacia coberta por floresta ombrfila densa.

Figura 1 Ortofoto 1:10000 da microbacia de estudo. O divisor de guas evidenciado pela linha de cor roxa e a hidrografia pela linha de cor azul

27

A pluviosidade anual mdia de Natividade da Serra, distante cerca de 60 km da rea de

estudo, de 1800 mm (FOLHES; REN; FISCH, 2007) podendo haver zonas com menor

precipitao (1300 a 1500 mm). Em relao temperatura, esta possui mdia mnima e mxima

de, respectivamente, 3 e 26 C com mdia de 17 C. De acordo com o sistema Kppen, o clima

da regio subtropical (Cfa) com veres quentes e chuvas bem distribudas durante o ano todo.

O histrico do uso da terra foi obtido desde 1963, por meio da entrevista com os atuais

proprietrios e moradores locais. No ano aludido, houve a converso do uso do solo de floresta

para a plantao de milho entre outras culturas e ao cultivo de espcies frutferas (laranja e

limo). Durante este perodo, no houve preparo do solo com mquinas e implementos sendo

feito apenas trabalhos manuais com enxada. A converso do uso do solo ocorreu por meio do

corte e da queima da floresta, seguindo o padro relatado no trabalho de Dean (1996) em seu

estudo sobre a regio da Mata Atlntica. De 1968 aos dias atuais, o uso do solo foi convertido

para pastagem havendo apenas poucas rvores frutferas remanescentes do antigo uso da terra.

Portanto, h 41 anos a microbacia permanece sob o uso de pastagem com plantel variando de

cerca de 10 a 15 cabeas de gado (2,5 a 3,7 cabeas por hectare). A espcie de gramnea

(Poaceae) predominante no sistema de pastagem Brachiaria decumbens Stapf. Contudo, em

reas onde o relevo mais ngrime, h a notvel presena de plantas invasoras (herbceas e

arbreas) de vrias espcies tais como: Pteridium aquilinum (L.) Kuhn, Schinus terebinthifolia

Raddi, Psidium guajava L., Psidium cattleianum Sabine, Casearia sylvestris Sw., Tibouchina

mutabilis Cogn. entre muitas outras.

2.2.2 Caracterizao fsica da microbacia

O material parental dos solos nesta microbacia so batlitos (stocks) de ortognaisses cujos

constituintes minerais predominantes so: biotita ( K(Mg,Fe)3(AlSi3010)(OH)2 ), feldspatos

potssico (KAlSi3O8) , e, em menor proporo,o quartzo (SiO2). possvel tambm notar a

presena de fragmentos de gnaisses e quartzitos depositados ao longo do curso d gua e em

vertentes, o que indica a presena tambm de intruses quartzticas. A presena destes

fragmentos de rochas provvel devido ao processo de fraturamento e conseqente

desprendimento e rolamento destas pores rochosas.

28

O gnaisse supramencionado rico em biotita e feldspatos o que, por meio de sua

alterao, gera minerais (goethita e caulinita) (MELFI et al., 1983) que se enquadram dentro da

frao argila na granulometria de solos. A goethita o mineral que confere a cor amarelada aos

solos da regio.

Sob as condies climticas previamente mencionadas o gnaisse intemperizado gerando

solos com horizonte B pouco desenvolvido (incipiente). Estes solos so classificados como

CAMBISSOLOS HPLICOS DISTRFICOS. Esta descrio est de acordo com o

levantamento de solos do Estado de So Paulo realizado por Prado (2005). Em menor proporo,

h tambm solos ainda mais jovens denominados NEOSSOLOS LITLICOS, cuja caracterstica

principal ausncia de horizonte B, ou seja, o perfil possui seqncia A-C-R ou A-R. A

predominncia desses solos jovens em uma regio mida pode ser justificada devido ao

acentuado declive do relevo que intensifica o processo de eroso em detrimento ao processo de

formao do solo. Dessa maneira, o processo erosivo age carregando o material intemperizado,

favorecendo o rejuvenescimento do perfil.

Por fim, as regies adjacentes ao canal fluvial possuem solos que, como se ver mais

adiante, se desenvolvem em condies anaerbias. Nesta situao, o solo exibe caractersticas

hidromrficas sendo, por esse motivo, caracterizado como GLEISSOLO.

Com o intuito de facilitar a compreenso dos processos hidrolgicos que ocorrem dentro

da bacia hidrogrfica estudada, foi feita a descrio das vertentes por meio de anlise visual

usando os critrios de descrio adotados por Hewlett (1982). Pode-se observar que predominam

na microbacia dois tipos de vertentes (sentido canal de escoamento at o divisor topogrfico): (1)

cncavo-convexa e (2) convexo-cncava. Esses formatos de vertente possuem grande influncia

no comportamento da gua assim como na profundidade do solo (relao entre gnese e perda de

solo). Ademais, essas encostas (vertentes) apresentam sinais de intensa degradao hidrolgica j

que apresentam elevado nmero de trilhas, que segundo Castro e Lopes (2001) se assemelham a

uma arquibancada. O pisoteio constante de animais nessas trilhas provoca alto grau de

compactao do solo o que dificulta a infiltrao da gua nesses locais. Ainda, algumas dessas

trilhas desembocam diretamente no canal fluvial o que adiciona um componente hortoniano ao

escoamento direto durante os eventos de chuva. Situao similar a essa j foi descrita na

Amaznia em uma vertente cujo uso do solo era tambm de pasto (BIGGS, DUNNE e

MURAOKA, 2006).

29

Em relao ao nitrognio, a pastagem que cobre as vertentes exibem degradao

semelhante descrita por Boddey et al. (2004). Esses autores destacam que h um declnio na

produtividade de pastagens no adubadas devido ausncia de fertilizao a base de nitrognio e

superlotao da pastagem. Ainda de acordo com os autores, o indicativo deste fato

evidenciado pela gerao reas de solo exposto, invaso de espcies daninhas no palatveis ao

gado, e reduo na capacidade de sustentar o gado (capacidade de suporte ou de lotao).

2.2.3 Delineamento experimental

O delineamento do experimento ilustrado na Figura 2. Nota-se que h trs coletores de

precipitao e nove parcelas de escoamento superficial, sendo que estas foram dispostas de forma

que trs foram instaladas na poro mais baixa da vertente, trs na poro central e trs na parte

superior. Da mesma maneira, nestas trs pores da encosta foram instalados tensimetros a 15,

30, 50 e 90 cm de profundidade e extratores de soluo do solo (tambm chamados de lismetros

de tenso) a 30, 50 e 90 cm de profundidade. Estes extratores foram instalados em trs rplicas

por regio (superior, mediana e inferior) da vertente de forma que cada uma possui 9 extratores

instalados. Para monitorar o lenol fretico, dois poos foram instalados, um em rea adjacente

ao riacho e o outro a cerca de 15 metros de distncia do mesmo.

Por ltimo, no que tange a vazo, esta foi monitorada por meio de um sensor eletrnico de

nvel de gua (Water Level Sensor, Trutrack) que registra a altura da lmina (H) de gua da calha

H a cada 5 minutos. Esta calha consistia de uma ponta de fibra de vidro com formato em V

acoplada a um canal de aproximao construdo de alvenaria. A escolha deste tipo de calha com

ponta no referido formato consiste no fato desta possuir boa sensibilidade para monitorar

pequenas e mdias vazes e tambm por no provocar represamento. Deste modo, a descarga foi

calculada aplicando a altura da gua medida em metros na equao que segue (Equao 1)

(GWINN; PARSONS, 1976; GWINN; PARSONS, 1977):

log Q = 0,0228 + 2,5473 x log H + 0,2540 x (log H)2 (Eq. 1)

Assim, a vazo obtida em L s-1. Para verificar a acurcia e a preciso do valor de

descarga obtido da Equao 1, esta foi testada semanalmente atravs do mtodo volumtrico com

30

o auxlio de um balde de volume conhecido e de um cronmetro, obtendo-se resultados

satisfatrios.

Figura 2 - Desenho esquemtico do delineamento do experimento

2.2.4 Densidade do solo e condutividade hidrulica do solo em condio de saturao

A condutividade hidrulica do solo em condio de saturao (Ksat) foi medida com o

auxlio de um permemetro de carga constante (Figura 3). As profundidades de medio foram

15, 30, 50 e 90 cm, sendo que a 15 cm foi utilizada a carga de 12 cm de gua e nas demais

profundidades a carga de gua usada foi de 18 cm. Ao final da medio totalizou-se 25 pontos de

medio de Ksat em cada profundidade. Com essas medies, espera-se obter valores a 15 cm de

profundidade que correspondam aos valores de taxa bsica de infiltrao da gua no solo. A 30,

50 e 90 cm de profundidade espera-se conseguir valores que representem as taxas de percolao

da gua em cada uma dessas pores do perfil do solo.

transees para medidas de Ksat

Lenol fretico

linhas de poos de observao do lenol fretico

Bateria de tensimetros e extratores de soluo do solo

Coletores de precipitao

Parcelas de escoamento superficial

Calha H

31

(A) (B)

Figura 3 - (A) Permemetro de carga constante (Amoozemeter) para mensurar a condutividade hidrulica do solo em condio de saturao em campo (Ksat); (B) Orifcio cavado com auxlio de trado para medir a condutividade hidrulica do solo saturado

A densidade do solo foi obtida por meio da coleta de amostras no deformadas (n = 3 para

cada profundidade) nas mesmas profundidades que foram realizadas as medidas de Ksat.

2.2.5 Potencial matricial da gua no solo

O potencial matricial da gua do solo foi medido semanalmente por meio de um

manmetro digital (Digital Pressure Gauge, Bringer) acoplado aos tensimetros j referidos no

item 2.2.3.

2.2.6 Coleta soluo do solo e gua do riacho, do aqfero fretico, da chuva e do

escoamento superficial

2.2.6.1 Amostragem de soluo do solo

Estas coletas foram realizadas semanalmente de 05/12/2007 a 17/04/2008. A partir de

24/04/2008 a 04/12/2008, a amostragem passou a ser quinzenal e com amostras compostas. Dessa

forma, por exemplo, cada um dos trs extratores de soluo do solo (Figura 4) instalados a 30 cm

de profundidade na mesma poro da vertente, fornecia uma alquota para compor a amostra

composta representativa daquela poro das encosta. Com o objetivo de induzir a entrada da

32

soluo do solo nos extratores de gua, foi usada uma bomba de vcuo manual. Posteriormente, a

soluo era retirada do extrator com o auxlio de uma mangueira, previamente limpa, acoplada a

uma seringa.

Figura 4 - Extratores de soluo do solo. De baixo para cima na foto so os extratores de 90, 50

e 30 cm de profundidade

2.2.6.2 Amostragem de gua do riacho

Estas coletas foram realizadas semanalmente de 05/12/2007 a 04/12/2008. A amostragem

foi efetuada inserindo-se manualmente o recipiente que armazena a gua dentro da gua do curso

d gua, em um local situado antes da calha H (Figura 5).

.

Figura 5 - Calha H instalada para a medio da vazo

33

2.2.6.3 Amostragem de gua do aqfero fretico

Estas coletas foram realizadas semanalmente de 05/12/2007 a 04/12/2008. Nesse perodo,

a coleta foi feita sem realizar a prvia purga dos poos. A amostragem no poo situado em rea

contgua ao riacho, por ser um poo muito raso, foi efetuada inserindo-se uma mangueira

acoplada a uma seringa. No poo localizado na regio mais alta, por ter profundidade de 4,40 m,

a amostragem foi realizada com o auxlio do amostrador Bailer. Dessa maneira, obtiam-se

alquotas de gua que eram armazenadas em recipientes apropriados.

Figura 6 - Poo de observao e coleta de gua do aqufero fretico situado na poro adjacente ao rio

2.2.6.4 Amostragem de gua do escoamento superficial

Estas coletas foram realizadas semanalmente de 05/12/2007 a 17/04/2008. Assim como a

soluo do solo a partir de 24/04/2008 a 04/12/2008, a amostragem passou a ser quinzenal e com

amostras compostas. Dessa forma, por exemplo, cada uma das trs parcelas de escoamento

superficial localizadas na mesma poro da vertente fornecia uma alquota para compor a amostra

composta representativa daquela poro da encosta.

As parcelas consistem de um tubo de PVC medindo 1,5 m de comprimento com uma

abertura transversal no nvel da superfcie do solo (Figura 7). Uma placa de poliestireno foi

introduzida entre o solo e o coletor para a captao integral do escoamento superficial. Para no

34

sofrer influncia direta da precipitao o coletor foi coberto por uma lona de plstico. O PVC

medindo 10 cm de dimetro fechado com uma tampa de PVC (cap) em uma das

extremidades, enquanto na outra extremidade possui um cotovelo com ngulo de 90 com um

funil de garrafa plstica acoplado, conectado a uma mangueira que conduz a gua at um galo

plstico com capacidade 20 litros. Ademais, as parcelas foram delimitadas por meio da insero

de tbuas madeiras de 1,5 m de comprimento e 30 cm de largura no solo.

Figura 7 - Parcela de escoamento superficial no coberta por lona plstica (2,25 m2)

2.2.7 Chuva: anlise das freqncias de intensidade e amostragem

A anlise da freqncia de intesidade de chuva foi realizada atravs da instalao de um

pluvigrafo do tipo tipping-bucket (Rain Wise) que registra o volume de chuva (mm) a cada 5

minutos (Figura 8).

No que concerne as coletas para a anlise de nitrognio, estas foram realizadas

semanalmente de 05/12/2007 a 17/04/2008. Durante estas amostragens, cada coletor tinha uma

amostra que o representava. No entanto, a partir de 24/04/2008 a 04/12/2008, a amostragem

passou a ser com amostras compostas. Dessa forma, cada um dos trs coletores de gua pluvial

35

fornecia uma alquota para compor a amostra composta representativa da chuva da semana de

coleta.

Os coletores de precipitao (Figura 7) consistem de um tubo de PVC, com 2 metros de

comprimento, 10 centmetros de dimetro, com uma abertura transversal de rea equivalente a

0,15 m2, fechado com uma tampa de PVC (cap) em uma das extremidades, enquanto na outra

extremidade possui um cotovelo com ngulo de 90 com um funil de garrafa plstica acoplado e

conectada a uma mangueira que conduz a amostra at um recipiente coletor (capacidade 20

litros). Foram construdos cavaletes de madeira a fim de posicionar os coletores a

aproximadamente 1,5 metros acima da superfcie do solo.

Figura 8 - Pluvigrafo Rain Wise (canto inferior esquerda) e o coletor de precipitaa para a posterir anlise de nitrognio

2.2.8 Anlise qumica do contedo de nitrognio

Aps a coleta, todas as amostras receberam, para fins de preservao, 1% v/v de cido

sulfrico (95-97%). As concentraes de N-NH4+ e N-NO2

-+NO3- foram analisadas usando um

sistema automtico de injeo de fluxo contnuo (FIA - Flow Injection Analysis) (RUZICKA;

HANSEN, 1981). O N-NH4+ foi medido por condutivimetria, pelo mtodo de Solrzano (1969). O

N-NO2- + N-NO3

- foi determinado por espectrofotometria na forma de N-NO2-, aps reduo com o

catalisador cdmio e reao com sulfanilamida e N-naftil (GIN-ROSIAS, 1979). Desse modo, o

nitrato aqui apresentado representa a carga de nitrato e de nitrito (N-NO3- + N-NO2

-).

36

Para garantir a preciso e a acurcia das determinaes analticas, foram utilizadas amostras

certificadas. Para o N-NH4+ e o N-NO3

- (N-NO3- + N-NO2

-) utilizou-se, respectivamente, as

amostras Rain - 97 e Hamilton - 20 (AES - Acid Rain Water - National Research Council

Canada) que possuem, seguindo a ordem, 0,18 0,028 mg L-1 e 2,45 0,22 mg L-1. Durante a

execuo das anlises obteve-se resultados satisfatrios dessas amostras nas curvas-padro

utilizadas (0,18 0,025 mg L-1 e 2,45 0,21 mg L-1 para, respectivamente, N-NH4+ e N-NO3

- ).

2.2.9 Anlises estatsticas

Usando o teste de normalidade Kolmogorov-Smirnov (p < 0,01) presente no pacote

estatstico STATISTICA 6.0 (StatSoft), observou-se que os dados obtidos relativos ao nitrognio

no apresentaram distribuio normal (ALTMAN; BLAND, 1995). Desta forma, utilizou-se a

mediana como a medida de maior representatividade das amostras (ALTMAN; BLAND, 1994;

HEDIN, ARMESTO; JOHNSON, 1995). No caso de obter amostras com valores de concentrao

abaixo do limite de deteco, os valores obtidos nesta faixa de concentrao foram substituidos

por metade do valor deste limite (NEWMAN et al., 1989). Os referidos limites foram 0,01 e 0,02

mg L-1 para N-NO3- e N-NH4

+, respectivamente.

37

2.3 RESULTADOS

2.3.1 Hidrologia

O total precipitado durante o perodo de estudo foi de aproximadamente 1433 mm. Desse

valor, nota-se que 77% foram consideradas de baixa intensidade, ou seja, variando de 0 a 5 mm h-

1. Esta classe de intensidade contribui em termos totais com cerca de 48% da precipitao total

(Figura 9). Se considerarmos o intervalo de 0 a 15 mm.h-1, a contribuio aumenta para 70%. Por

outro lado, eventos com intensidades altas ocorrem com baixa freqncia, sendo, em relao aos

eventos de baixa intensidade, muito menos representativos.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 - 5

5 - 10

10 - 1

5

15 - 2

0

20 - 2

5

25 - 3

0

30 - 3

5

35 - 4

0

40 - 4

5

45 - 5

0

50 - 5

5

55 - 6

0

60 - 6

5

65 - 7

0

70 - 7

5

75 -

110

Classes de Intensidade (mm h-1)

Po

rcen

tag

em (

%) Freqncia de Intensidade

Contribuio em Relao ao Totalde Chuvas

Figura 9 - Distribuio de precipitao em classes de intensidade e sua contribuio para o total

de chuvas

A densidade do solo do presente estudo variou de 1,33 a 1,58 Mg m-3 no havendo uma

relao clara entre profundidade e densidade (Figura 10). Com o intuito de elucidar as diferenas

que o uso da terra ocasionam na densidade e na condutividade hidrulica do solo sob condies

de saturao (Ksat), esses dois atributos foram obtidos do j referido estudo de uma microbacia

coberta por floresta ombrfila densa estudada por Groppo (2008). A densidade do solo do

presente estudo claramente maior se comparado s da floresta, exceto a 90 cm onde essa

divergncia de valores se torna menos conspcua (Figura 10).

38

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80

Densidade do Solo (Mg m3-)

Pro

fund

idad

e (c

m)

Densidade do Solo Pastagem Densidade do Solo Floresta

Figura 10 - Densidade do solo a 15, 30, 50 e 90 cm de profundidade na pastagem e floresta

No que tange as medidas de Ksat, esta teve mediana de 22, 6, 0,4 e 0,2 mm h-1

respectivamente em 15, 30, 50 e 90 cm de profundidade (Figura 11).

No que concerne intensidade da chuva, nota-se que o referido predomnio de chuvas de

intensidade baixa (0 5 mm h-1) (Figura 9) tem implicaes para a previso da gerao de

escoamento direto na microbacia estudada. Pode-se evidenciar esta assertiva observando o efeito

de uma chuva de 5 mm h-1 sobre os solos da microbacia (linha pontilhada da Figura 11). Percebe-

se que a mediana de Ksat prxima a superfcie (15 cm de profundidade) excede a intensidade de

chuva predominante. Assim, a gua pluvial se infiltra no solo ao invs de escoar em superfcie.

Os solos da bacia mostram a possibilidade da formao de um lenol suspenso a 50 cm de

profundidade (mediana de Ksat < intensidade de chuva predominante) podendo em alguns

momentos a saturao atingir a superfcie, provocando escoamento superficial devido saturao

dos solos.

De modo a verificar a existncia da gerao de escoamento superficial devido uma

camada de impedimento, foi instalado um poo raso (50 cm de profundidade) para a observao

do lenol suspenso. Entretanto, no foi observada a presena de gua no mesmo.

39

0,01

0,1

1

10

100

1000

15 30 50 90Profundidade (cm)

Ksa

t (m

m.h

-1)

Figura 11 - Diagrama de caixas exibindo a condutividade hidrulica do solo em condio de saturao (Ksat) na profundidade de 15, 30, 50 e 90 cm na pastagem (n = 25 para cada profundidade). A linha horizontal dentro das caixas representa a mediana, as linhas horizontais das caixas representam o primeiro e o terceiro quartil e as barras verticais os valores mximos e mnimos. A linha pontilhada na horizontal representa a intensidade de chuva de 5 mm h-1 que a mais representativa da regio de estudo

O potencial matricial da gua do solo medido nas profundidades de 15, 30, 50 e 90 cm em

trs locais da vertente (topo, meio e sop) teve amplitude de 0 a -87 kPa. No entanto, de maneira

geral, percebe-se que a maior parte do ano o solo, em todas as pores da encosta, permanece em

estados de alto grau de umidade, isto , com potencial matricial variando de 0 a -8 kPa (Figura

12). Esses valores altos deste potencial encontram-se em consonncia com as intensidades de

chuvas que predominantes, que so as chuvas leves de 0 a 5 mm.h-1 (Figura 9). Dessa maneira, a

gua da chuva se infiltra no solo j que a intensidade no excede a Ksat prximo a superfcie

(Figura 11). Aps se infiltrar, h a redistribuio da gua no perfil permitindo que o potencial

matricial se torne menos expressivo ao longo do mesmo.

40

Figura 12 - Precipitao semanal e classes de potencial matricial da gua no solo (kPa) da vertente (Superior sop; intermedirio meio da vertente ; e inferior poro mais alta da vertente)

Como mencionado anteriormente, o poo situado na poro ao lado do canal localiza-se

em uma rea de solo praticamente ao lado do riacho, ou seja, bem no fundo do vale. Situao

semelhante foi encontrada por Buytaert, Iiguez e De Bivre (2007) tambm em uma microbacia

cujo embasamento era de rochas cristalinas. O poo bastante raso e os solos nessa regio

permanecem praticamente com o perfil saturado a maior parte do ano (Figura 13). Este fato sugere

que o solo nessa regio adjacente ao canal esteja propenso gerao de escoamento superficial

devido saturao do solo em eventos de chuva de forte intensidade e escoamento subsuperficial

durante eventos de chuva de intensidade baixa.

41

05

101520253035404550

10-ja

n-08

10-f

ev-0

8

10-m

ar-0

8

10-a

br-0

8

10-m

ai-0

8

10-ju

n-08

10-ju

l-08

10-a

go-0

8

10-s

et-0

8

10-o

ut-0

8

10-n

ov-0

8

Nv

el d

e

gu

a (c

m)

020406080100120140160180200

Tempo (dias)

Pre

cip

ita

o S

eman

al (

mm

)

Precipitao Semanal (mm)

Nvel de gua (cm)

Figura 13 - Precipitao semanal e o nvel de gua do aqfero fretico

Alm da visvel proximidade do nvel de gua em relao superfcie do solo (Figura 13),

a recarga do aqfero livre tornou-se evidente, pois o poo situado em uma regio mais alta na

vertente, que inicialmente no tinha sido encontrado gua, apenas rocha, a partir do dia

02/04/2008 passou a conter gua (Figura 14). Entretanto, a partir de 17/07/2008 a 04/12/2009, o

poo voltou a secar.

3

4

5

02-a

br-0

8

12-a

br-0

8

22-a

br-0

8

02-m

ai-0

8

12-m

ai-0

8

22-m

ai-0

8

01-ju

n-08

11-ju

n-08

21-ju

n-08

01-ju

l-08

Nv

el d

e

gu

a (m

)

050100150200250300350400450500

Tempo (dias)

Pre

cip

ita

o S

eman

al (

mm

)Precipitao Semanal(mm)

Nvel de gua (cm)

Figura 14 - Oscilao do nvel de gua no poo situado mais acima na vertente

42

Para elucidar o conjunto de processos hidrolgicos de superfcie que ocorrem durante

eventos de chuva, foram selecionados dois eventos extremos (Figura 15a e 15b). O primeiro

representa a gerao de escoamento direto em condies chuvas de baixa intensidade que so

tpicas da regio (0 a 5 mm h-1). O segundo evento, bem menos freqente, possui pico de

intensidade de chuva que se enquadra, de acordo com Hewlett (1982), na classe de chuvas fortes

ou pesadas (35 a 40 mm h-1).

43

A)

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

2,40

2,60

2,80

3,00

12:4

0

12:5

5

13:1

0

13:2

5

13:4

0

13:5

5

14:1

0

14:2

5

14:4

0

14:5

5

15:1

0

15:2

5

15:4

0

15:5

5

16:1

0

16:2

5

16:4

0

16:5

5

17:1

0

Tempo (h)

Vaz

o (

L s

-1)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Pre

cip

ita

o (

mm

h-1)Precipitao

Vazo

B)

123456789

101112131415

17:2

0

17:3

5

17:5

0

18:0

5

18:2

0

18:3

5

18:5

0

19:0

5

19:2

0

19:3

5

19:5

0

20:0

5

20:2

0

20:3

5

20:5

0

21:0

5

21:2

0

21:3

5

Tempo (h)

Vaz

o (

L s

-1)

0

10

20

30

40

50

60

Pre

cip

ita

o (

mm

h-1)

Precipitao

Vazo

Figura 15 - Hidrgrafas e hietogramas exibindo gerao de escoamento direto (A) evento de precipitao de intensidade leve (B) evento de precipitao de intensidade forte

Na Figura 15a, nota-se que h um pequeno aumento da vazo ao longo do evento de

chuva. De fato, esse incremento deve ocorrer principalmente devido gerao de escoamento

subsuperficial das reas adjacentes ao canal como descrito por Dunne (1978). H tambm,

44

embora em menor proporo, uma contribuio de escoamento superficial hortoniano em trilhas

que se dirigem ao canal. Utilizando o mtodo de separao da hidrgrafa da linha reta encontrado

em Chow, Maidment e Mays (1988) separou-se o escoamento direto do escoamento de base.

Desse modo, em relao Figura 15a, em termos totais, o escoamento direto representou 7% do

escoamento total. De maneira coerente, a resposta hidrolgica (volume em mm de escoamento

direto / precipitao do evento medida em mm) foi de 1,4%, considerada muito baixa. Ademais, o

tempo de pico (intervalo entre o mximo valor de intensidade de precipitao e o mximo valor

de vazo na hidrgrafa) de aproximadamente 1 hora.

Por outro lado, observa-se que as altas intensidades de chuva fazem com que vrias reas

da microbacia produzam escoamento superficial hortoniano e de reas saturadas, engendrando

um aumento expressivo da vazo, assim como apresentando tempo de pico de 20 minutos, que

mais rpido do que o apresentado na Figura 15a (Figura 15b). Ainda que em menor volume, o

escoamento subsuperficial provavelmente tambm contribui para o aumento da descarga. Nesta

hidrgrafa, o escoamento direto representou 31% do escoamento total. Alm disso, a resposta

hidrolgica foi de 6%. Esse valor, se comparado com o da hidrgrafa da Figura 15a,

expressivamente mais elevado.

No que se refere ao coeficiente de escoamento superficial, o valor mdio calculados das

nove parcelas instaladas (Tabela 1) muito baixo, sendo inferior a 0,02, ou seja, menos de 2% do

que chove tornou-se escoamento superficial.

Tabela 1 - Coeficiente de escoamento superficial nas trs pores da vertente da microbacia. Os valores refletem a mdia (fora dos parnteses) e a amplitude (em parnteses) das parcelas situadas nas pores da encosta, isto , trs parcelas em cada poro

A principal via hidrolgica que compem o deflvio o escoamento de base j que a

curva de durao de fluxo apresenta-se uma inclinao suave em quase toda a sua extenso (Fig.

Poro da Vertente Mdia e Amplitude

Inferior 0,016 (0 a 0,44)

Intermediria 0,006 (0 a 0,18)

Superior 0,017 (0 a 0,52)

45

15) (SEARCY, 1959 apud ARCOVA e CICCO, 1997). Esta afirmao est em consonncia com

os baixos valores de coeficientes de escoamento superficial encontrados.

012345

6789

10

0 25 50 75 100

Porcentagem de tempo em que o deflvio igual ou maior (%)

Def

lvi

o D

iri

o(m

m)

Figura 16 - Curva de durao de fluxo

Por meio do monitoramento contnuo da descarga, de 30/11/2007 a 28/11/2008, pde-se

obter o deflvio calculado em base diria. Esses valores foram somados at completar um ano,

obtendo-se o deflvio anual de 736 mm. Para o mesmo perodo de medio do deflvio, mediu-se

a precipitao que totalizou 1433 mm. Com essas informaes foi possvel calcular a razo ou

coeficiente de deflvio (deflvio anual dividido pela precipitao anual). Dessa forma, a razo

obtida foi de 0,51, sugerindo que 51% da precipitao se transforma em deflvio sendo o restante

perdido por evapotranspirao.

No que tange ao balano hdrico, de acordo com Castro e Lopes (2001), este balano

pode ser calculado em uma microbacia de drenagem por meio da seguinte equao:

P = Q + ET + S + G (Eq. 2)

Onde P a precipitao (mm), ET a evapotranspirao (mm), S o armazenamento da

gua no solo (mm) e G o armazenamento de gua subterrnea (mm). Como pde ser visto nas

sees anteriores, a variao do armazenamento de gua no solo (S) e a variao da gua

subterrnea (G) permitem que essas variveis da equao do balano hdrico sejam

46

consideradas como possuindo um valor prximo a zero. Com isso, a Equao 2 pode ser reescrita

simplificadamente como Moster et al. (2003) propem (Equao 3):

P = Q + ET (Eq. 3)

Assim, a evapotranspirao calculada para o perodo de monitoramento foi equivalente a

697 mm ano-1, ou, em base diria, 1,9 mm dia-1.

47

2.3.2 Nitrognio

No que se refere soluo do solo, a maior parte das amostras dos extratores de soluo

do solo teve valores de concentrao abaixo do limite de deteco do FIA (Tabela 2). Para os

extratores situados a 30, 50 e 90 cm de profundidade no perfil do solo, as medianas dos valores

de concentrao de N-NH4+ e N-NO3

- foram iguais sendo, respectivamente, 0,71 M e 0,35 M.

Tabela 2 - Porcentagem (%) de amostras que tiveram seus valores abaixo do limite de deteco (LoD) ( n = 140)

Profundidade do extrator (cm) % de amostras abaixo do LoD de N-N03-

% de amostras abaixo do LoD de N-NH4+

30 87,00 77,00 50 86,00 75,00 90 86,00 85,00

Observa-se que em alguns perodos menos midos em que o solo se encontra em estados

de potencial matricial mais expressivos, h um pulso de N-NH4+ e N-NO3

- a 30 cm de

profundidade. A 50 e 90 cm de profundidade, o padro se repete (Figura 17).

48

Figura 17 - Variao temporal de N-NH4+ e N-NO3

- na soluo do solo (A) 30 cm (superior); (B) 50 cm (intermedirio) e (C) 90 cm (inferior)

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

5/12

/200

7

5/1/

2008

5/2/

2008

5/3/

2008

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5/10

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Tempo

Co

nce

ntr

ao

(

M)